محاربة الحطام الفضائي
في عام 1957 ، أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي أرضي إلى الفضاء ، وبذلك استهل حقبة جديدة في قصص البشرية - عصر استكشاف الفضاء. لأكثر من 50 عامًا مرت منذ ذلك الحين ، أرسل الإنسان عددًا كبيرًا من الأقمار الصناعية المختلفة والصواريخ والمحطات العلمية إلى الفضاء. كل هذا أدى إلى تلوث منتظم للفضاء الخارجي حول كوكبنا. وفقًا لوكالة ناسا ، اعتبارًا من يوليو 2011 ، تم "تدوير" 16 كائنًا من أصل اصطناعي حول الأرض ، بما في ذلك 094،3 سواتل عاملة ومعطلة بالفعل ، بالإضافة إلى 396 مرحلة عليا ، قضوا مراحل من مركبات الإطلاق وحطامها. تقول الوثيقة المقدمة أن روسيا تحتل المرتبة الأولى من حيث عدد الأجسام ذات المنشأ الاصطناعي في مدار قريب من الأرض - 12 جسمًا ، منها 698 حطامًا فضائيًا ، تليها الولايات المتحدة الأمريكية والصين وفرنسا والهند واليابان.
يختلف حجم شظايا القمامة الموجودة في مدار الأرض بشكل كبير: من الجسيمات الدقيقة إلى حجم حافلة المدرسة. يمكن قول الشيء نفسه عن كتلة هذه القمامة. يمكن أن يصل وزن الشظايا الكبيرة إلى 6 أطنان ، بينما تزن الجزيئات الصغيرة بضعة جرامات فقط. تتحرك كل هذه الأجسام في الفضاء في مدارات مختلفة وبسرعات مختلفة: من 10 كم / ساعة إلى 25 كم / ساعة. علاوة على ذلك ، في حالة اصطدام هذه الأجزاء من الحطام الفضائي ببعضها البعض أو مع أي قمر صناعي يتحرك في اتجاهين متعاكسين ، يمكن أن تصل سرعتها إلى 50 ألف كم / ساعة.
وفقًا لألكسندر باجروف ، كبير الباحثين في معهد أبحاث الفلك التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، فإن وضعًا متناقضًا آخذ في الظهور اليوم. كلما زاد عدد الأجهزة التي تطلقها البشرية في الفضاء ، أصبحت أقل قابلية للاستخدام. تفشل المركبة الفضائية كل عام بانتظام يحسد عليه ، والنتيجة هي أن كمية الحطام في مدار الأرض تزداد سنويًا بنسبة 4٪. في الوقت الحاضر ، يدور ما يصل إلى 150 جسم مختلف ، يتراوح حجمها من 1 إلى 10 سم ، في مدار الأرض ، بينما الجسيمات التي يقل قطرها عن 1 سم هي ملايين. في الوقت نفسه ، إذا تباطأ الحطام الفضائي في المدارات المنخفضة التي تصل إلى 400 كيلومتر بفعل الطبقات العليا من الغلاف الجوي للكوكب وبعد وقت معين يقع على الأرض ، فيمكنه البقاء في المدارات المستقرة بالنسبة إلى الأرض لفترة طويلة غير محدودة. .
تساهم معززات الصواريخ ، التي يتم من خلالها إطلاق الأقمار الصناعية في مدار الأرض ، في زيادة الحطام الفضائي. لا تزال خزاناتهم تحتوي على حوالي 5-10 ٪ من الوقود ، وهو شديد التقلب ويتحول بسهولة إلى بخار ، مما يؤدي غالبًا إلى انفجارات قوية جدًا. بعد عدة سنوات من التواجد في الفضاء ، تنفجر مراحل الصواريخ التي خدمت الغرض منها إلى قطع ، وتبعثر نوعًا من "شظايا" من الشظايا الصغيرة حولها. على مدى السنوات القليلة الماضية ، لوحظ حوالي 182 انفجارًا من هذا القبيل في الفضاء القريب من الأرض. لذلك ، تسبب انفجار واحد فقط في المرحلة الصاروخية الهندية في تكوين 300 شظية كبيرة دفعة واحدة ، بالإضافة إلى عدد لا يحصى من الأجسام الفضائية الأصغر حجمًا ، ولكن ليس أقل خطورة. اليوم ، أصبح العالم بالفعل أول ضحايا الحطام الفضائي.
لذلك في يوليو 1996 على ارتفاع حوالي 660 كم. اصطدم القمر الصناعي الفرنسي بجزء من المرحلة الثالثة لمركبة الإطلاق الفرنسية أريان ، والتي تم إطلاقها في الفضاء قبل ذلك بكثير. كانت السرعة النسبية وقت التصادم حوالي 3 كم / ث أو 15 كم / س. وغني عن القول ، أن المتخصصين الفرنسيين ، الذين فاتتهم طريقة اقتراب أجسامهم الكبيرة ، عضوا مرفقيهم لفترة طويلة بعد هذه القصة. لم يتحول هذا الحادث إلى فضيحة دولية كبيرة ، لأن كلا الجسمين اصطدموا في الفضاء من أصل فرنسي.
هذا هو السبب في أن مشكلة الحطام الفضائي اليوم لا تحتاج إلى مزيد من المبالغة. عليك فقط أن تضع في اعتبارك حقيقة أنه بالوتيرة الحالية ، فإن جزءًا كبيرًا من مدار الأرض لن يصبح قريبًا المكان الأكثر أمانًا للمركبات الفضائية. وإدراكًا لذلك ، يعتقد جوناثان ميسيل ، الباحث في جامعة تكساس إيه آند إم ، أن جميع طرق تنظيف الحطام الفضائي الحالية بها مرض واحد على الأقل من مرضين شائعين. إما أنها تنطوي على مهام "قطعة واحدة من خردة فضائية ، ومهمات زبال واحدة" (وهي مكلفة للغاية) ، أو أنها تنطوي على ابتكار تقنيات ستستغرق أكثر من عقد لضبطها. في غضون ذلك ، يتزايد عدد ضحايا الحطام الفضائي فقط.
وبفهم ذلك ، يقترح جوناثان ميسيل تحديث مفهوم "قطعة واحدة من الحطام الفضائي - كاسح واحد" ليصبح قابلاً لإعادة الاستخدام. تم تجهيز نظام TAMU Space Sweeper الذي طوره هو وزملاؤه مع القمر الصناعي Sling-Sat (قمر صناعي حبال) "بأيادي" خاصة قابلة للتخصيص. مثل هذا القمر الصناعي ، بعد اقترابه من الحطام الفضائي ، يلتقطه بمناور خاص. في الوقت نفسه ، بسبب نواقل الحركة المختلفة ، يبدأ Sling-Sat في الالتواء ، ولكن بفضل الميل وطول "الذراعين" القابل للتعديل ، يتم التحكم في هذه المناورة تمامًا ، مما يسمح بالتدوير مثل كرة القدم بشكل مفيد تغيير مساره ، وإرسال "قاذفة الأقمار الصناعية" نحو القطع التالية من الحطام الفضائي.
في الوقت الذي يكون فيه القمر الصناعي على مسار الحركة إلى الجسم الفضائي الثاني ، سيتم إطلاق العنصر الأول من الحطام الفضائي بواسطته أثناء الدوران. علاوة على ذلك ، سيحدث هذا بزاوية تضمن تحطم عينة من الحطام الفضائي في الغلاف الجوي لكوكبنا ، وتحترق فيه. بعد الوصول إلى الجسم الثاني من الحطام الفضائي ، سيكرر هذا القمر الصناعي العملية التي تم إجراؤها وسيقوم بذلك في كل مرة ، بينما يتلقى شحنة إضافية من الطاقة الحركية من الحطام الفضائي وفي نفس الوقت يعيدها إلى الأرض إلى الكوكب الذي ولد. إليها.
تجدر الإشارة إلى أن هذا المفهوم يذكرنا إلى حد ما بطريقة الوثب الطويل اليوناني القديم ، الذين فعلوا ذلك مع رمي الدمبل للخلف (لتسريع إضافي). صحيح ، في هذه الحالة بالذات ، سيتعين القبض على أجسام الحطام الفضائي وإلقائها أثناء الطيران ، وما إذا كان TAMU Space Sweeper سيتعامل مع هذا السؤال مفتوحًا.
تظهر المحاكاة الحاسوبية التي تم إجراؤها أن المخطط المقترح له كفاءة نظرية عالية في استهلاك الوقود. وهذا أمر مفهوم: في حالة "القمر الصناعي المحمل" ، من المفترض أن تؤخذ الطاقة من قطع الأقمار الصناعية والصواريخ التي تم تشتيتها بالفعل إلى السرعة الفضائية الأولى لفترة طويلة ، وليس من الوقود ، الذي كان ليتم تسليمها إلى جامع القمامة من الأرض.
بطبيعة الحال ، فإن المفهوم الذي قدمته Missel به بعض الاختناقات. من الجدير بالذكر أن أي قطعة من الحطام الفضائي ، بالطبع ، لا تصلح لمصيدة المناور ، والأهم من ذلك ، للتسارع العالي أثناء الدوران المكثف. في حالة أن تكون القطعة كبيرة وثقيلة جدًا ، فقد تكون طاقتها أثناء الدوران كافية لتدمير نفسها وكذلك المناور. في الوقت نفسه ، من غير المرجح أن يؤدي إنشاء عدد كبير من الأجسام الأخرى بدلاً من جسم واحد من الحطام الفضائي إلى تحسين الوضع في الفضاء في المدارات الأرضية المنخفضة. في الوقت نفسه ، بالطبع ، تبدو الفكرة مثيرة للاهتمام ، وفي حالة التنفيذ التقني المناسب - تكون فعالة.
مصادر المعلومات:
-http: //science.compulenta.ru/739126
-http: //www.popmech.ru/article/479-kosmicheskiy-musor
-http: //dev.actualcomment.ru/idea/996
-http: //cometasite.ru/kosmicheskiy_musor
يختلف حجم شظايا القمامة الموجودة في مدار الأرض بشكل كبير: من الجسيمات الدقيقة إلى حجم حافلة المدرسة. يمكن قول الشيء نفسه عن كتلة هذه القمامة. يمكن أن يصل وزن الشظايا الكبيرة إلى 6 أطنان ، بينما تزن الجزيئات الصغيرة بضعة جرامات فقط. تتحرك كل هذه الأجسام في الفضاء في مدارات مختلفة وبسرعات مختلفة: من 10 كم / ساعة إلى 25 كم / ساعة. علاوة على ذلك ، في حالة اصطدام هذه الأجزاء من الحطام الفضائي ببعضها البعض أو مع أي قمر صناعي يتحرك في اتجاهين متعاكسين ، يمكن أن تصل سرعتها إلى 50 ألف كم / ساعة.
وفقًا لألكسندر باجروف ، كبير الباحثين في معهد أبحاث الفلك التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، فإن وضعًا متناقضًا آخذ في الظهور اليوم. كلما زاد عدد الأجهزة التي تطلقها البشرية في الفضاء ، أصبحت أقل قابلية للاستخدام. تفشل المركبة الفضائية كل عام بانتظام يحسد عليه ، والنتيجة هي أن كمية الحطام في مدار الأرض تزداد سنويًا بنسبة 4٪. في الوقت الحاضر ، يدور ما يصل إلى 150 جسم مختلف ، يتراوح حجمها من 1 إلى 10 سم ، في مدار الأرض ، بينما الجسيمات التي يقل قطرها عن 1 سم هي ملايين. في الوقت نفسه ، إذا تباطأ الحطام الفضائي في المدارات المنخفضة التي تصل إلى 400 كيلومتر بفعل الطبقات العليا من الغلاف الجوي للكوكب وبعد وقت معين يقع على الأرض ، فيمكنه البقاء في المدارات المستقرة بالنسبة إلى الأرض لفترة طويلة غير محدودة. .
تساهم معززات الصواريخ ، التي يتم من خلالها إطلاق الأقمار الصناعية في مدار الأرض ، في زيادة الحطام الفضائي. لا تزال خزاناتهم تحتوي على حوالي 5-10 ٪ من الوقود ، وهو شديد التقلب ويتحول بسهولة إلى بخار ، مما يؤدي غالبًا إلى انفجارات قوية جدًا. بعد عدة سنوات من التواجد في الفضاء ، تنفجر مراحل الصواريخ التي خدمت الغرض منها إلى قطع ، وتبعثر نوعًا من "شظايا" من الشظايا الصغيرة حولها. على مدى السنوات القليلة الماضية ، لوحظ حوالي 182 انفجارًا من هذا القبيل في الفضاء القريب من الأرض. لذلك ، تسبب انفجار واحد فقط في المرحلة الصاروخية الهندية في تكوين 300 شظية كبيرة دفعة واحدة ، بالإضافة إلى عدد لا يحصى من الأجسام الفضائية الأصغر حجمًا ، ولكن ليس أقل خطورة. اليوم ، أصبح العالم بالفعل أول ضحايا الحطام الفضائي.
لذلك في يوليو 1996 على ارتفاع حوالي 660 كم. اصطدم القمر الصناعي الفرنسي بجزء من المرحلة الثالثة لمركبة الإطلاق الفرنسية أريان ، والتي تم إطلاقها في الفضاء قبل ذلك بكثير. كانت السرعة النسبية وقت التصادم حوالي 3 كم / ث أو 15 كم / س. وغني عن القول ، أن المتخصصين الفرنسيين ، الذين فاتتهم طريقة اقتراب أجسامهم الكبيرة ، عضوا مرفقيهم لفترة طويلة بعد هذه القصة. لم يتحول هذا الحادث إلى فضيحة دولية كبيرة ، لأن كلا الجسمين اصطدموا في الفضاء من أصل فرنسي.
هذا هو السبب في أن مشكلة الحطام الفضائي اليوم لا تحتاج إلى مزيد من المبالغة. عليك فقط أن تضع في اعتبارك حقيقة أنه بالوتيرة الحالية ، فإن جزءًا كبيرًا من مدار الأرض لن يصبح قريبًا المكان الأكثر أمانًا للمركبات الفضائية. وإدراكًا لذلك ، يعتقد جوناثان ميسيل ، الباحث في جامعة تكساس إيه آند إم ، أن جميع طرق تنظيف الحطام الفضائي الحالية بها مرض واحد على الأقل من مرضين شائعين. إما أنها تنطوي على مهام "قطعة واحدة من خردة فضائية ، ومهمات زبال واحدة" (وهي مكلفة للغاية) ، أو أنها تنطوي على ابتكار تقنيات ستستغرق أكثر من عقد لضبطها. في غضون ذلك ، يتزايد عدد ضحايا الحطام الفضائي فقط.
وبفهم ذلك ، يقترح جوناثان ميسيل تحديث مفهوم "قطعة واحدة من الحطام الفضائي - كاسح واحد" ليصبح قابلاً لإعادة الاستخدام. تم تجهيز نظام TAMU Space Sweeper الذي طوره هو وزملاؤه مع القمر الصناعي Sling-Sat (قمر صناعي حبال) "بأيادي" خاصة قابلة للتخصيص. مثل هذا القمر الصناعي ، بعد اقترابه من الحطام الفضائي ، يلتقطه بمناور خاص. في الوقت نفسه ، بسبب نواقل الحركة المختلفة ، يبدأ Sling-Sat في الالتواء ، ولكن بفضل الميل وطول "الذراعين" القابل للتعديل ، يتم التحكم في هذه المناورة تمامًا ، مما يسمح بالتدوير مثل كرة القدم بشكل مفيد تغيير مساره ، وإرسال "قاذفة الأقمار الصناعية" نحو القطع التالية من الحطام الفضائي.
في الوقت الذي يكون فيه القمر الصناعي على مسار الحركة إلى الجسم الفضائي الثاني ، سيتم إطلاق العنصر الأول من الحطام الفضائي بواسطته أثناء الدوران. علاوة على ذلك ، سيحدث هذا بزاوية تضمن تحطم عينة من الحطام الفضائي في الغلاف الجوي لكوكبنا ، وتحترق فيه. بعد الوصول إلى الجسم الثاني من الحطام الفضائي ، سيكرر هذا القمر الصناعي العملية التي تم إجراؤها وسيقوم بذلك في كل مرة ، بينما يتلقى شحنة إضافية من الطاقة الحركية من الحطام الفضائي وفي نفس الوقت يعيدها إلى الأرض إلى الكوكب الذي ولد. إليها.
تجدر الإشارة إلى أن هذا المفهوم يذكرنا إلى حد ما بطريقة الوثب الطويل اليوناني القديم ، الذين فعلوا ذلك مع رمي الدمبل للخلف (لتسريع إضافي). صحيح ، في هذه الحالة بالذات ، سيتعين القبض على أجسام الحطام الفضائي وإلقائها أثناء الطيران ، وما إذا كان TAMU Space Sweeper سيتعامل مع هذا السؤال مفتوحًا.
تامو كاسحة الفضاء
تظهر المحاكاة الحاسوبية التي تم إجراؤها أن المخطط المقترح له كفاءة نظرية عالية في استهلاك الوقود. وهذا أمر مفهوم: في حالة "القمر الصناعي المحمل" ، من المفترض أن تؤخذ الطاقة من قطع الأقمار الصناعية والصواريخ التي تم تشتيتها بالفعل إلى السرعة الفضائية الأولى لفترة طويلة ، وليس من الوقود ، الذي كان ليتم تسليمها إلى جامع القمامة من الأرض.
بطبيعة الحال ، فإن المفهوم الذي قدمته Missel به بعض الاختناقات. من الجدير بالذكر أن أي قطعة من الحطام الفضائي ، بالطبع ، لا تصلح لمصيدة المناور ، والأهم من ذلك ، للتسارع العالي أثناء الدوران المكثف. في حالة أن تكون القطعة كبيرة وثقيلة جدًا ، فقد تكون طاقتها أثناء الدوران كافية لتدمير نفسها وكذلك المناور. في الوقت نفسه ، من غير المرجح أن يؤدي إنشاء عدد كبير من الأجسام الأخرى بدلاً من جسم واحد من الحطام الفضائي إلى تحسين الوضع في الفضاء في المدارات الأرضية المنخفضة. في الوقت نفسه ، بالطبع ، تبدو الفكرة مثيرة للاهتمام ، وفي حالة التنفيذ التقني المناسب - تكون فعالة.
مصادر المعلومات:
-http: //science.compulenta.ru/739126
-http: //www.popmech.ru/article/479-kosmicheskiy-musor
-http: //dev.actualcomment.ru/idea/996
-http: //cometasite.ru/kosmicheskiy_musor
معلومات